CN101593669B - 等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法及应力氮化硅膜的形成方法 - Google Patents

Abstract

一种等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，包括：将半导体基底置于等离子体处理腔室中；向所述等离子体处理腔室中注入产生等离子体的物质；向所述等离子体处理腔室中注入能受激产生紫外线的气体；打开所述等离子体装置激励源，激励所述产生等离子体的物质形成等离子体，利用所述等离子体对所述半导体基底进行等离子体处理；所述能够受激产生紫外线的气体受等离子体激发，产生紫外线；产生的紫外线辐射半导体基底表面。本发明还提供一种应力氮化硅膜的形成方法。该方法的紫外线处理能够与等离子处理工艺原位进行，使工艺简化。

Description

等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法及应力氮化硅膜的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体集成电路制造工艺中在等离子体处理腔室中原位紫外线处理(Ultraviolet Cure，UVcure)方法及应力氮化硅膜的形成方法。

背景技术

在半导体集成电路制造工艺中常用紫外线对膜层进行处理。例如，采用紫外线照射对化学气相沉积形成的氮化硅膜层进行应力调整、低介电常数材料的性能改善或干法刻蚀后的膜层的损伤修复等。

在公开号为CN 101088150A的中国专利申请文件中，公开了一种通过紫外线处理工艺形成应力氮化硅的方法，形成氮化硅膜层之后，将具有氮化硅膜层的半导体基底32置于如图1所示的处理装置200的基底支撑架104上，该处理装置200的紫外线光源204发出紫外线射线，对所述的氮化硅膜层进行辐射，形成应力氮化硅膜层。

所述的方法中，通过等离子体辅助化学气相沉积在沉积腔室中形成氮化硅膜层，然后再在紫外线处理设备中对形成的氮化硅膜层执行紫外线处理，形成应力氮化硅；也即等离子体辅助化学气相沉积工艺与紫外线处理工艺在不同的设备中分别执行；在现有的工艺中，还存在其它的同时需要等离子体处理工艺与紫外线处理工艺的膜层，但是一般都是在不同的腔室中分别执行，这使得半导体集成电路的制造工艺复杂化，效率降低；而且半导体基底需要在不同的设备间传送，也增大被污染的几率。

发明内容

本发明提供一种等离子处理腔室中原位紫外线处理方法，该方法的紫外线处理能够与等离子处理工艺原位进行，使工艺简化。

本发明提供的一种等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，包括：

将半导体基底置于等离子体处理腔室中；

向所述等离子体处理腔室中注入产生等离子体的物质；

向所述等离子体处理腔室中注入能受激产生紫外线的气体；

激励所述产生等离子体的物质形成等离子体，利用所述等离子体对所述半导体基底进行等离子体处理；

所述能够受激产生紫外线的气体受所述等离子体激发，产生紫外线；

产生的紫外线辐射半导体基底表面。

可选的，所述等离子体处理包括等离子体增强化学气相沉积、等离子体刻蚀或高密度等离子体化学气相沉积。

可选的，所述能够受激产生紫外线的气体包括惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体。

可选的，所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或组合。

可选的，所述卤素包括氟、氯、溴或碘。

可选的，根据所述惰性气体的种类或惰性气体与卤素的种类和比例来确定所需要的紫外线的波长。

可选的，所述紫外线处理工艺中的紫外线为单一波长的紫外线或具有混合波长的紫外线。

可选的，所述紫外线的波长为100nm至360nm。

可选的，向所述等离子体处理腔室中注入能受激产生紫外线的气体的方式包括一次性注入、间歇性多次注入或连续性注入。

本发明还提供一种应力氮化硅膜的形成方法，包括：

将半导体基底置于沉积工艺腔中；

向所述沉积工艺腔中注入含硅气体和含氮气体；

向所述沉积工艺腔中注入惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体；

激励所述含硅气体和含氮气体，形成等离子体，所述等离子体在所述半导体基底表面反应，形成氮化硅膜；

所述惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体在所述等离子体激发下，产生紫外线；

所述紫外线辐射所述氮化硅膜。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过所述的方法，对半导体基底表面的等离子体处理以及紫外线处理在同一工艺腔室中原位进行，可避免繁琐的传送步骤，使工艺简化；而且，可节省传送的时间，使得效率提高；也可减少由于在不同设备或腔室之间传送时外部环境对半导体基底表面污染的几率，有助于提高形成的产品的良品率；此外，不必制造专门的紫外线处理设备，使得费用降低，生产半导体器件的成本降低；

此外，现有的专门的紫外线处理设备中的紫外灯寿命较短，需要经常更换，本发明的方法则不存在该问题；

另外，本发明的方法中，形成的紫外线在各个方向辐射的强度较为均匀，没有方向性，因而对待处理的加工件的辐射较为均匀，特别是对于具有较大起伏的加工件表面，能够获得均匀的紫外线辐射，有利于提高加工件受辐射的膜层或表面或其它结构特性的一致性。

附图说明

图1为现有的一种紫外线处理装置的剖面示意图；

图2为本发明的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法的实施例的流程图；

图3为本发明的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法的实施例中等离子体处理腔室的剖面示意图；

图4为本发明的应力氮化硅膜的形成方法的实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

在半导体集成电路制造工艺中，常常既需要对加工件例如半导体基底执行等离子体处理，又需要对其执行紫外线处理。现有的工艺中，所述的两种处理工艺一般在不同的处理设备中单独处理，或者即使在同一设备中，也在不同的工艺腔室中分别处理，这使得在完成其中一处理工艺后，不得不将半导体基底由该腔室中移至下一腔室中，使得制造工艺复杂而繁琐，效率降低，而且，由于半导体基底需要在不同的设备或腔室之间传送，增大了被外部环境污染的几率，使得形成的半导体器件良率稳定性下降；此外，由于等离子体处理与紫外线处理需要在不同的腔室或设备中单独处理，这不得不制造相应的设备或腔室，使得半导体集成电路的制造成本上升。

本发明提供一种等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，可使等离子体处理与紫外线处理原位进行，以解决上述的问题。在本发明的方法中，在等离子体处理腔室中注入能够受激产生紫外线的气体，在执行等离子体处理时，产生的等离子体在对半导体基底表面处理的同时，也激发所述受激产生紫外线气体，使所述气体受激发而产生紫外线，该紫外线辐射到所述半导体基底表面，可对所述半导体基底表面进行处理。所述的方法中在对半导体基底表面执行。

上述的方法中，通过激励源激励产生等离子体物质，产生等离子体，用该等离子体一方面对半导体基底表面进行处理，例如，沉积或刻蚀或表面钝化等；另一方面利用该等离子体携带的能量，激励受激产生紫外线气体，使该气体受激形成非稳态，例如准分子态，在由非稳态到稳态的变化中，辐射出紫外光子，利用该紫外光子形成的光辐射对所述半导体基底表面进行紫外线处理，从而可实现等离子体处理与紫外线处理原位进行。

下面结合实施例以及附图对本发明的方法进行详细描述，但所述的实施例以及其步骤不应当不适当的限制权利要求的范围，本领域技术人员在不背离权利要求的范围的条件下，将认识到许多其它的变形、替代或修改。

图2为本发明的方法实施例的流程图。

请参考图2，步骤S100为，将半导体基底置于等离子体处理腔室中。

等离子体处理腔室可以如图3的300所示，包括侧壁202、上电极204和下电极210；其中，侧壁可以是圆环形，所述的上电极和下电极分别位于侧壁的顶部和底部，所述侧壁202、上电极204和下电极210之间的区域为反应腔室；在所述下电极210上具有静电卡片(图未示)，所述上电极204耦合于第一激励源(图未示)，下电极210耦合于第二激励源(图未示)，该第一激励源和第二激励源可以是射频源，且第一激励源的功率大于第二激励源的功率。半导体基底214置于所述下电极210的静电卡盘上。

图3中的等离子体处理腔室可以是任何的等离子处理腔室，例如等离子辅助沉积工艺腔、等离子体刻蚀工艺腔等，这里不再一一列举；该步骤中等离子体处理腔室也并不限于图3所示结构，还可以是本领域技术人员所习知的其它结构。

所述的半导体基底214为待处理加工件，可以是半导体集成电路中的任何一需要等离子体处理的半导体结构。

请继续参考图2和图3，步骤S110为向所述等离子体处理腔室中注入产生等离子体的物质。

当将所述的半导体基底214置于图3所示的腔室200后，一般的，需要对所述反应腔室执行抽真空处理，排除所述腔室中的空气以及空气中的杂质污染物。

接着，向该腔室200中注入产生等离子体的物质，该物质主要以气态方式被注入，当然，也可以以其它方式注入。

该反应气体包括等离子体辅助沉积(包括等离子体增强化学气相沉积或高密度等离子体化学气相沉积)形成膜层的气体、等离子体刻蚀气体，等离子体表面钝化处理的气体等。还可以包括执行等离子体处理时的辅助气体，例如稀释气体、催化气体等，这里不再一一列举，且所述气体的流量、比例等工艺参数根据相应的半导体基底需要执行的等离子体处理工艺来决定，本领域技术人员能够根据等离子体处理工艺获知需要的反应气体及工艺条件。

步骤S120为向所述等离子体处理腔室中注入能受激产生紫外线的气体。

所述能够受激产生紫外线的气体包括惰性气体或者惰性气体与卤素的混合气体。

其中，所述的惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或其中的两种或多种的组合。

所述卤素可以是氟、氯、溴或碘中的一种或组合。

向所述等离子体处理腔室中注入能受激产生紫外线的气体的方式可以是间歇性注入，也可以是连续性注入，还可以是一次性注入。

由于上述的不同的气体和气体的组合受激发后能够产生不同频率及波长的紫外线，因而，可以根据半导体基底214需要照射的波长确定需要注入所述等离子体处理腔室中的气体以及气体的流量。

此外，所述步骤S110与S120可以同时进行，由位于等离子体处理腔室中的不同的进气口同时进行；也可先执行步骤S110，再执行步骤S120；本领域技术人员能够根据本实施例的教导做出相应的变更、修改或替换，这些均匀涵盖于本发明的权利要求的保护范围之内，这里不再一一列举并赘述。

步骤S130为打开所述等离子体装置激励源，激励所述产生等离子体的物质形成等离子体，利用所述等离子体对所述半导体基底进行等离子体处理。

打开等离子体处理装置的激励源，在激励源的高能量的作用下，注入反应腔室的产生等离子体的气体被电离，形成等离子体，在偏压作用下，等离子体向待处理的半导体基底214表面移动，并作用于所述半导体基底214的表面，对所述半导体基底214执行沉积、刻蚀等工艺或其它工艺，形成需要的膜层(对沉积工艺而言)或刻蚀图案(对刻蚀工艺而言)。其中，所述的激励源可以是射频源，也可以是微波源，或其它能够电离所述的产生等离子体物质的能量源，这里不再一一赘述，本领域技术人员将能够认识到其它的变形、修改或替换。

作为具体的实施例，本实施例中的第一和第二激励源均为射频源，在第一射频源和第二射频源的作用下，反应腔室的气体被电离，形成等离子体；等离子体中的带电离子在上下极板之间的电场作用下，向下电极方向加速运动，并作用于半导体基底214，与所述半导体基底214的物质发生物理和/或化学反应，对所述半导体基底214进行处理(例如，刻蚀、沉积等)。

步骤S140为所述能够受激产生紫外线的气体受等离子体激发，产生紫外线。步骤S150为产生的紫外线该辐射半导体基底表面。

通过激励源产生等离子体，在等离子体对半导体基底214表面进行处理的同时，该等离子体携带的能量也作用于充斥于反应腔室中的能够受激产生紫外线的气体，使该气体受激形成非稳态，例如准分子态，在由非稳态到稳态的变化中，辐射出紫外光子，利用该紫外光子形成的光辐射对所述半导体基底214表面进行紫外线处理，从而可实现等离子体处理与紫外线处理原位进行。

其中，产生的紫外线可以为单一波长的紫外线或具有混合波长的紫外线。所述紫外线的波长范围为100nm至360nm。

上述实施的方法中，对半导体基底214表面的等离子体处理以及紫外线处理在同一工艺腔室中原位进行，可避免繁琐的传送步骤，使工艺简化；而且，可以节省传送的时间，使得效率提高；也可以减少由于在不同设备或腔室之间传送时外部环境对半导体基底214表面污染的几率，有助于提高形成的产品的良品率。

此外，不必制造专门的紫外线处理设备，使得费用降低，成本降低。

此外，专门的紫外线处理设备中的紫外灯寿命较短，需要经常更换，本发明的方法则不存在该问题。

另外，本发明的方法中，形成的紫外线在各个方向辐射的强度较为均匀，没有方向性，因而对半导体基底214表面的辐射较为均匀，特别是对于具有较大起伏的半导体基底的表面，应用本发明的方法能够获得均匀的紫外线辐射，有利于提高半导体基底表面受辐射的膜层的特性的一致性。

上述步骤中，对本发明的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法进行了详细的描述，需要说明的是，上述的步骤的描述不应该作为对本发明的权利要求保护范围的限制，在不背离权利要求的保护范围的条件下，本领域技术人员根据本发明的实施例的教导可以对上述的实施例的步骤的添加、去除、等同替换或者顺序的改变，只要是等离子体处理和紫外线处理工艺在同一腔室中原位进行，产生的紫外线原自等离子体对可受激产生紫外线气体的激励(包括直接的激励和间接的激励)的工艺均应当包含在本发明的保护范围之内。

本发明还提供一种应力氮化硅膜的形成方法，该应力氮化硅膜的形成方法可以视为对上述的本发明的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法的实施例的具体应用；需要说明的是，这里仅仅是利用应力氮化硅的形成工艺对本发明的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法的实施例的应用进行描述，但不应当视为对本发明的保护范围进行限制，其它任何应用本发明的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法的方法都涵盖于本发明的保护范围之内。

图4为本发明的应力氮化硅膜的形成方法的实施例的流程图。

请参考图4，步骤S200，提供半导体基底，并将该半导体基底置于沉积工艺腔中。该半导体基底可以是裸片或者是已经形成金属氧化物半导体器件的基底；在裸片或金属氧化物半导体器件上覆盖应力氮化硅层可以提高形成的器件的导电沟道中载流子的迁移率，从而提高驱动电流，提高器件的性能。

步骤S210，向所述沉积工艺腔中注入含硅气体和含氮气体。作为具体的实施例，所述的含硅气体可以是硅烷，所述含氮气体可以是氨气。所述的硅烷和氨气的流量可以根据将要形成的膜层特性决定。此外，所述的含硅气体和含氮气体也可以是其它气体。

步骤S220，向所述沉积工艺腔中注入惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体。其中，所述的惰性气体为氙气(Xe)。也可以是其它气体。

其中，所述步骤S210和步骤S220可以同时进行，也可以先执行步骤S220，再执行步骤S210。

步骤S230，通过激励源激励所述含硅气体和含氮气体，形成等离子体，所述等离子体在所述半导体基底表面反应，形成氮化硅膜。

步骤S240，所述惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体在所述等离子体激发下，产生紫外线。

具体的，在硅烷和氨气形成的等离子体气氛中，充斥于反应工艺腔中的氙气被激发，使氙气受激形成非稳态，例如准分子态Xe₂ ^*，而准分子态的Xe₂ ^*非常不稳定，会由此非稳态向稳态转变，重新转换为Xe^*和Xe，在由非稳态到稳态的变化中，辐射出紫外光子，该紫外光子的波长约为172nm，利用该紫外光子形成的光辐射对所述氮化硅膜表面进行紫外线处理，释放残存于氮化硅膜层中的氢，提高形成的氮化硅膜层的应力。从而可实现等离子体处理与紫外线处理原位进行。

完成所述的等离子体处理和紫外线处理后，排除反应腔室中的残余气体，并继续执行其它的步骤。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，其特征在于，包括：

将半导体基底置于等离子体处理腔室中，并对所述等离子体处理腔室执行抽真空处理；

向所述等离子体处理腔室中注入产生等离子体的物质；

向所述等离子体处理腔室中注入能受激产生紫外线的气体；

激励所述产生等离子体的物质形成等离子体，利用所述等离子体对所述半导体基底进行等离子体处理；

所述能够受激产生紫外线的气体受所述等离子体激发，转变成非稳态，而后所述能够受激产生紫外线的气体在由非稳态转变为稳态的过程中会辐射产生紫外线，所述紫外线的波长为100nm至360nm；

产生的紫外线辐射半导体基底表面。

2.如权利要求1所述的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，其特征在于：所述等离子体处理包括等离子体增强化学气相沉积、等离子体刻蚀或高密度等离子体化学气相沉积。

3.如权利要求1所述的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，其特征在于：所述能够受激产生紫外线的气体包括惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体。

4.如权利要求3所述的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，其特征在于：所述惰性气体包括氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或组合。

5.如权利要求3所述的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，其特征在于：所述卤素包括氟、氯、溴或碘。

6.如权利要求3所述的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，其特征在于：根据所述惰性气体的种类或惰性气体与卤素的种类和比例来确定所需要的紫外线的波长。

7.如权利要求1所述的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，其特征在于：所述紫外线处理工艺中的紫外线为单一波长的紫外线或具有混合波长的紫外线。

8.如权利要求1至7任一权利要求所述的等离子体处理腔室中原位紫外线处理方法，其特征在于：向所述等离子体处理腔室中注入能受激产生紫外线的气体的方式包括一次性注入、间歇性多次注入或连续性注入。

9.一种应力氮化硅膜的形成方法，其特征在于，包括：

将半导体基底置于沉积工艺腔中；

向所述沉积工艺腔中注入含硅气体和含氮气体；

向所述沉积工艺腔中注入惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体；

激励所述含硅气体和含氮气体，形成等离子体，所述等离子体在所述半导体基底表面反应，形成氮化硅膜；

所述惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体在所述等离子体激发下，转变成非稳态，而后所述惰性气体或惰性气体与卤素的混合气体在由非稳态转变为稳态的过程中会辐射产生紫外线，所述惰性气体为氙气，所述紫外线的波长为172nm；

所述紫外线辐射所述氮化硅膜。

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